Facciamo luce sulla... LUCEFacciamo luce sulla... LUCEFacciamo luce sulla... LUCE Facciamo luce sulla... LUCE

LE ONDE IN ACQUA

onda sferica onda piana

Principio di Huygens: la diffrazione spiega diffusione e interferenza

video

In una vaschetta di acqua...

interferenza costruttiva

interferenza distruttiva

video

Interferenza

Interferenza a due fenditure

… e con la luce...

Quindi:LA LUCE SI COMPORTA COME UN'ONDA

Le differenze nel percorso ottico del fascio che raggiunge i diversi telescopi vanno corrette con le linee di ritardo e sincronizzate su un unico ricevitore

Interferometria

Radiotelescopio di Medicina

Very Large Telescope di Paranal

Metallo (Zn, K, Li, …)

elettroni (= corrente)

luce (frequenza > soglia fotoelettrica)

LA LUCE SI COMPORTA COME CORPUSCOLO:

-trasporta pacchetti di energia E=h

-interagisce con la materia così: gli elettroni possono “assorbire” singoli corpuscoli

Effetto fotoelettrico

Effetto fotoelettricoEffetto fotoelettrico: punto di vista qualitativo: punto di vista qualitativo

L’elettroscopio si scarica con la luce, ma questa

deve avere lunghezza d’onda opportuna,

non importa l'intensità QUINDI

La natura ondulatoria della luce non è più sufficiente a spiegare il fenomeno

I1 I

2>I

1

Effetto fotoelettricoEffetto fotoelettrico: punto di vista quantitativo: punto di vista quantitativo

V = m - q

= 620 nm = c / = 4.8·1014 Hz

V = 104 mV

da cui si ricava

soglia = 4.6·1014 Hz

Solo i fotoni con lunghezza d’onda inferiore a 652nm sono in grado di estrarre elettroni dal cesio.

La corrente si arresta quando il potenziale V è Ee = eV

ma Ee = h - W , quindi eV = h- W , da cui V = (h/e) - (W/e)

Frequenza (x 1014 Hz)

Pote

nzia

le (m

V)

V= m - q

Cesio

s

MA COME VARIANO LE FREQUENZE DI SOGLIA?

14L'atomo di IDROGENOL'atomo di IDROGENO

Modello di ThomsonModello di Thomson

Nel 1898 Thomson formulò il primo modello atomico.

Elettroni immersi in un sottofondo di carica positiva uniformemente distribuita

Modello di RutherfordModello di Rutherford Nel 1909 modello di Thomson in crisi:

Rutherford evidenzia l’esistenza del nucleo dell’atomo

Il moto dell’elettrone è il risultato dell’equilibrio tra forza centrifuga e forza di attrazione elettrostatica:

Energia dell’elettrone (en. cinetica + en. potenziale elettrica):

ma vi sono due PROBLEMINI...1.Secondo la teoria classica una carica elettrica in accelerazione dovrebbe perdere energia emettendo di radiazione elettromagnetica e l'elettrone dovrebbe cadere nel nucleo!!!2.I livelli energetici dell’elettrone sono infiniti e questo non permetteva di spiegare gli spettri a righe

2

r

vm

4πε0r2

Ze2

che diventa

Modello di

Modello di Rutherford

Rutherford

Modello di BohrModello di Bohr Nel 1913 Bohr, preso atto dell'inadeguatezza dell'elettrodinamica classica per descrivere l'atomo di idrogeno, sviluppa un modello partendo da: modello atomico di Rutherford + teoria quantistica di Planck

PRIMO POSTULATO:quando un elettrone si muove in particolari orbite (dette: stazionarie) non perde energia; il raggio di tali orbite soddisfa la relazione mvr = nh/ 2π ( n= 1, 2, 3...), da cui r=cost∙ n2

la sua energia è data dalla relazione En=- k/n2

orbita stazionaria a più bassa energia=stato fondamentale (n=1)orbite stazionarie altre=stati eccitati (n=2, 3 ...)

SECONDO POSTULATO:quando un elettrone passa da uno stato eccitato allo stato fondamentale l’energia viene emessa sotto forma di pacchetti: E

2-E

1= hν

Atomo di Bohr

Le orbite degli elettroni in un atomo sono quantizzate..

Il numero quantico principale n indica il livello energetico associato a ogni orbita.Il livello più basso di energia è detto stato fondamentale.I livelli a energia superiore dello stato fondamentale si chiamano stati eccitati.

Modello di BohrModello di Bohr

A ogni salto di orbita si ha una transizione energetica, ovvero emissione di energia sotto forma di fotone.

Ogni transizione dell’elettrone da uno stato eccitato a un livello energetico inferiore è caratterizzata da una riga nello spettro di emissione.

TRANSIZIONI TRA LIVELLI ENERGETICI

Modello

Modello di Bohr

di Bohr

L’esperimento (1914) conferma l’ipotesi di Bohr

Esperimento di Frank e HertzEsperimento di Frank e Hertz

Alla d.d.p. di 6 V la corrente cade a 0.

4.9 V

9,8 V

14,7 V

Un atomo di Hg in uno stato eccitato torna allo stato fondamentale emettendo radiazione alla lunghezza d’onda di 235.6 nm, che corrisponde ad un’energia di 8,44 J, cioè ~5 eVL’atomo assorbe energia per quantità discrete

Ne Hg

Formula di Rydberg-RitzFormula di Rydberg-RitzSperimentalmente, righe emesse dall’idrogeno raggruppate in serie con frequenze ben rappresentate dalla formula di Rydberg-Ritz (1890):

dove R è una costante (per l’idrogeno R3.29·1015Hz)n

1 e n

2 due numeri naturali con n

1 > n

2

Ponendo n1 =1, n

2 =2,3,4… si ottiene la serie di Lyman (ultravioletto).

Ponendo n1 =2, n

2 =3,4,5,6... si ottiene la serie di Balmer (visibile).

Ponendo n1 =3, n

2 =4,5,6… si ottiene la serie di Paschen (infrarosso).

n1 =4, n

2 =5,6,7 serie di Brackett

serie di Balmer

Spettro dell'idrogenoSpettro dell'idrogeno

Regioni H

Il Sole in H